Backplane
Englisch: backplane
Eine Leiterplatte, die mehrere Steckverbinder parallel miteinander verbindet, sodass jeder Kontakt jedes Steckverbinders mit dem entsprechenden Kontakt aller anderen Steckverbinder verbunden ist und so einen Computerbus bildet.
Backplane: die Verdrahtungsplatine, die Module miteinander verbindet
Eine Backplane ist eine Leiterplatte, die Signale zwischen mehreren einsteckbaren Modulen oder Karten überträgt. Statt jedes Modul direkt mit jedem anderen zu verdrahten, bietet eine Backplane parallele Leitungswege, sodass beim Einstecken einer Karte in einen Stecker der Platine ihre Kontakte sofort mit den gleich positionierten Kontakten aller anderen Stecker verbunden sind. Diese Anordnung schafft eine gemeinsame elektrische Autobahn oder einen Bus, auf dem alle Module gleichzeitig kommunizieren können.
In Kontrollanlagen für Versorgungsbetriebe und SCADA-Installationen sind Backplanes grundlegend für modulare Architekturen. Eine typische industrielle Backplane hat zwischen 4 und 16 Steckplätze, von denen jeder Karten aufnimmt, die sich mit Stromverteilung, Signalaufbereitung, Digital-E/A oder Kommunikation befassen. Die Platine selbst besteht üblicherweise aus Glasepoxid-Verbundstoff (FR-4) mit aufgeätzten Kupferleiterbahnen auf mehreren Schichten. Die Signalqualität erfordert sorgfältige Auslegung: Die Impedanz der Leiterbahnen wird oft auf 50 Ohm oder 75 Ohm kontrolliert, und der Schichtabstand ist präzise eingestellt, um die Kapazität innerhalb der Spezifikation zu halten.
Die Spannungs- und Strombelastbarkeit einer Backplane hängt von ihrer Anwendung ab. Eine Logik-Backplane, die nur 3,3V- oder 5V-Signale über einen Rack-Controller überträgt, hat minimale thermische Probleme. Stromverteilungs-Backplanes in Schaltanlagen oder USV-Systemen können dagegen 48V DC bei Hunderten von Ampere übertragen und erfordern dicke Kupfersammelschienen und schwere Stecker, die für Dauerbetrieb ausgelegt sind. Diese Hochleistungsvarianten nutzen manchmal massive Sammelschienen statt aufgeätzter Leiterbahnen.
Ausfallarten und Instandhaltung
Backplanes fallen primär durch Korrosion der Stecker aus, besonders in feuchten oder salzbelasteten Umgebungen in der Nähe von Küstenschaltanlagen. Oxidation auf den Steckerkontakten erhöht den Widerstand und erzeugt Wärme bei Stromtransienten. Vibrationen von nahegelegenen Maschinen können auch Karten in ihren Steckplätzen lockern und erzeugen unangenehm schwer zu diagnostizierende Ausfallerscheinungen. Thermische Wechsel verursachen unterschiedliche Ausdehnungen zwischen der Platine und ihren Komponenten und können möglicherweise Lötstellen um hochpolige Stecker aufbrechen.
Der Begriff Backplane stammt aus der Telefonie und frühen Computertechnik, wo er sich auf die Rückseite eines Racks bezog, die die primäre Verdrahtung hielt. In der Energieinfrastruktur bleibt es die Standardmethode, um verteilte Steuermodule ohne dedizierte Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung zu bauen und macht Systeme einfacher zu erweitern und zu warten. In einem modularen backplanegestützten Schrank kann eine Karte in Minuten ausgetauscht werden; das äquivalente fest verdrahtete System würde Stunden zum Umklemmen erfordern.